Fiziki identificirajo spregledano negotovost v poskusih v resničnem svetu, kot so optične pincete

(Nanowerk novice) Enačbe, ki opisujejo fizikalne sisteme, pogosto predpostavljajo, da je mogoče natančno poznati merljive lastnosti sistema – temperaturo ali kemijski potencial, na primer. Toda resnični svet je bolj neurejen in negotovost je neizogibna. Temperature nihajo, instrumenti ne delujejo pravilno, okolje moti in sistemi se sčasoma razvijajo. Pravila statistične fizike obravnavajo negotovost glede stanja sistema, ki nastane, ko ta sistem komunicira z okoljem. Vendar že dolgo pogrešajo drugo vrsto, pravita profesor SFI David Wolpert in Jan Korbel, podoktorski raziskovalec v Complexity Science Hub na Dunaju v Avstriji. V novem dokumentu, objavljenem v Raziskave fizičnega pregleda (“Neravnotežna termodinamika negotovih stohastičnih procesov”), par fizikov trdi, da lahko negotovost v samih termodinamičnih parametrih - vgrajenih v enačbe, ki urejajo energijsko obnašanje sistema - prav tako vpliva na izid poskusa. Optične pincete, prikazane tukaj, ki lovijo nanodelec, so med sistemi, na katere vpliva neka vrsta negotovosti, ki so jo fiziki dolgo pogrešali. (Slika: Steven Hoekstra / Wikipedia CC BY-SA 4.0) "Trenutno se skoraj nič ne ve o termodinamičnih posledicah te vrste negotovosti kljub njeni neizogibnosti," pravi Wolpert. V novem dokumentu on in Korbel razmišljata o načinih, kako spremeniti enačbe stohastične termodinamike, da bi se temu prilagodili. Ko sta se Korbel in Wolpert leta 2019 srečala na delavnici o informacijah in termodinamiki, sta začela govoriti o tej drugi vrsti negotovosti v kontekstu neravnovesnih sistemov. "Spraševali smo se, kaj se zgodi, če ne poznate točno termodinamičnih parametrov, ki urejajo vaš sistem?" se spominja Korbel. "In potem smo se začeli igrati." Enačbe, ki opisujejo termodinamične sisteme, pogosto vključujejo natančno določene izraze za stvari, kot so temperatura in kemijski potenciali. "Toda kot eksperimentator ali opazovalec ne poznate nujno teh vrednosti" zelo natančno, pravi Korbel. Še bolj moteče je bilo, da so ugotovili, da je nemogoče natančno izmeriti parametre, kot so temperatura, tlak ali prostornina, tako zaradi omejitev merjenja kot zaradi dejstva, da se te količine hitro spreminjajo. Spoznali so, da negotovost glede teh parametrov ne vpliva samo na informacije o prvotnem stanju sistema, ampak tudi na to, kako se razvija. To je skoraj paradoksalno, pravi Korbel. »V termodinamiki predpostavljate negotovost glede svojega stanja, tako da ga opisujete na verjetnosten način. In če imate kvantno termodinamiko, to počnete s kvantno negotovostjo,« pravi. "Po drugi strani pa predpostavljate, da so vsi parametri znani z natančno natančnostjo." Korbel pravi, da ima novo delo posledice za vrsto naravnih in inženirskih sistemov. Če mora celica na primer zaznati temperaturo za izvedbo neke kemične reakcije, bo njena natančnost omejena. Negotovost pri merjenju temperature bi lahko pomenila, da celica opravi več dela - in porabi več energije. "Celica mora plačati te dodatne stroške, ker ne pozna sistema," pravi. Optična pinceta ponudi še en primer. To so visokoenergijski laserski žarki, ki so konfigurirani tako, da ustvarijo nekakšno past za nabite delce. Fiziki uporabljajo izraz "togost", da bi opisali težnjo delcev, da se upirajo premikanju pasti. Za določitev optimalne konfiguracije za laserje izmerijo togost čim bolj natančno. To običajno naredijo s ponavljajočimi se meritvami, ob predpostavki, da negotovost izhaja iz same meritve. Toda Korbel in Wolpert ponujata še eno možnost - da negotovost izhaja iz dejstva, da se sama togost spreminja, ko se sistem razvija. Če je temu tako, ga ponavljajoče se enake meritve ne bodo zajele in iskanje optimalne konfiguracije bo ostalo nedosegljivo. "Če nadaljujete z istim protokolom, potem delec ne konča na isti točki, morda boste morali malo pritisniti," kar pomeni dodatno delo, ki ga običajne enačbe ne opisujejo. Ta negotovost se lahko pojavi na vseh ravneh, pravi Korbel. Kar se pogosto razlaga kot negotovost pri merjenju, je lahko negotovost v prikritih parametrih. Morda je bil poskus narejen blizu okna, kjer je sijalo sonce, in nato ponovljen, ko je bilo oblačno. Ali pa se je klimatska naprava vklopila med več poskusi. V mnogih situacijah, pravi, "je pomembno pogledati to drugo vrsto negotovosti."

• Distribucija vsebine in PR s pomočjo SEO. Okrepite se še danes.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Opolnomočite se. Dostopite tukaj.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Razširjeno znanje. Dostopite tukaj.
• PlatoESG. Ogljik, CleanTech, Energija, Okolje, sončna energija, Ravnanje z odpadki. Dostopite tukaj.
• PlatoHealth. Obveščanje o biotehnologiji in kliničnih preskušanjih. Dostopite tukaj.
• vir: https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news3/newsid=64416.php